[发明专利]一种动力作用下散粒料锚固效应物理模型试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质灾害试验模型技术领域，具体的说是一种动力作用下散粒料锚固效应物理模型试验装置及方法。

背景技术

近年来在我国西南地震断裂带附近地区已建、在建或拟建一大批高土石坝，其中许多堆石坝坝高达到了200-300m级，地震烈度多在Ⅷ-Ⅸ度之间（如拟建的如美水电站堆石坝最大坝高315m，设计地震加速度0.32g）。由于坝高、库大，且筑坝材料堆石体为多种材料组成的散粒料，一旦遭遇超强震而失事，不仅会造成重大经济损失，而且对下游所形成的次生灾害将造成难以估量的人民生命财产损失。

自1972年法国首次在堆石坝填筑过程中采用加固技术后，许多堆石坝也一直采用加锚技术来提高堆石坝边坡抗震稳定。我国《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定：“设计地震烈度为9度的地区坝顶附近的上下游坝坡以上缓下陡或采用加筋堆石表面钢筋网或大块石堆筑等加固措施。”根据堆石坝工程设计经验，在坝体上部1/4坝高范围内采取加筋措施是经济有效的方法，可有效防止地震过程中坝顶堆石体的松动或滑落，改善坝体的整体稳定性。

虽然加锚措施是较为经济有效的方法，已成为高土石坝抗震加固设计中的主要方法之一，但目前能说明高堆石坝锚杆抗震加固效应的监测资料很少。 

在室内试验研究方面，国内外学者很少涉及散粒料锚固效应的试验研究，特别是极少涉及动力作用下使用锚杆进行锚固的散粒料锚固效应的试验研究。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状设计一种动力作用下散粒料锚固效应物理模型试验装置及方法，便于开展相关领域的室内试验。

一种动力作用下散粒料锚固效应物理模型试验装置，包括框架组件、动力加载组件和锚固实施组件；

所述框架组件为长方体框架33，长方体框架33底部设有框架底板5，长方体框架33左、右两侧为横向日字形框架双层结构，双层结构之间插有透明材质板7；长方体框架33后侧设有用于插入锚固定位板8的插槽，在插槽外侧还设有纵向平行导轨12，支撑小梁11两端分别设置在导轨12内，支撑小梁11可沿导轨12上下滑动；所述框架底板5上开有多个螺孔4，所述螺孔4为通孔，用于通过螺栓34与动力加载组件连接；

所述动力加载组件为振动台1，设置于框架组件下方，用于提供试验时所需的动力；

所述的锚固实施组件包括锚固定位板8、锚具定位杆24和锚具25；所述锚固定位板8上开有多个圆孔10，锚具定位杆24的锚固端设有槽孔28，所述锚固端穿过圆孔10并水平搁置在支撑小梁11上，用于与锚具25尾部相连接。

所述用于插入锚固定位板8的插槽由长方体框架33后侧左右的立柱3和引导板17构成，引导板17与立柱3所在平面相平行。

所述纵向平行导轨12由四根小立柱19构成，所述四根小立柱19两两平行设置在长方体框架33后侧的左右两侧。

所述支撑小梁11的左、右两端设有螺栓21和垫片22。

所述锚具定位杆24由定位杆杆体27和把手26组成；所述定位杆杆体27一端开有槽孔28，定位杆杆体27另一端与把手26相连。

所述的锚具25由锚具尾部29、锚具杆体30、垫片31和螺母32组成；锚具杆体30的一端为锚具尾部29，锚具尾部29的横断面形状与定位杆杆体27所开槽孔28的形状匹配；锚具杆体30的另一端设有外螺纹，垫片31和螺母32通过外螺纹与锚具杆体30相连；所述垫片31具有一定的大小，能满足试验锚固的要求；所述螺母32在试验时旋入，用于对锚具25施加预应力。

一种利用上述装置的动力作用下散粒料锚固效应试验方法，包括如下步骤：

1、针对研究需求，设计相应的散粒料锚固模型；模型的设计依据相似原理，且针对研究对象取坝轴线下游或上游的区域进行缩尺模拟，模型轮廓呈直角梯形；依据相关工程的锚杆间距，包括垂直向间距、水平向间距，依据相似原理进行缩尺设计或按研究目的自行设计试验锚杆间距；依据相关工程筑坝堆石料的原始级配曲线，对原始级配曲线进行相应的缩尺以满足室内试验对试验散粒料尺寸的要求或按研究目的自行设计试验级配曲线； 

2、制作模型；具体包括如下子步骤：

(2.1)将长方体框架固定在振动台上，根据试验要求选用相应的锚固定位板，在透明材质板上画出设计的模型轮廓线及锚杆位置示意线；

(2.2)将按试验级配曲线筛选的散粒料拌合均匀，平铺于长方体框架内；填筑散粒料过程中，使用木锤或橡皮锤击实散粒料至设计孔隙率或设计密度，并进行修边使模型边坡与模型轮廓线贴合；